[教育]頁巖氣的形成與勘探前景

1、頁巖氣的形成與勘探前景,目錄,1頁巖氣藏的特征和類型 2頁巖氣藏的成藏條件3頁巖氣藏的評價指標(biāo) 4我國頁巖氣藏的勘探開發(fā)前景5結(jié)論,1頁巖氣藏的特征和類型,1.1 特征　 1) 成藏時間早 2) 無明顯圈閉 3) 儲層超致密 4) 氣體賦存狀態(tài)多樣 5) 頁巖需具有一定的生烴條件 6) 頁巖氣藏較易保存 7)與常規(guī)油氣共生共處,1頁巖氣藏的特征和類型,1.2 類型 頁巖氣藏按其天然氣成因可

2、分為兩種主類型:熱成因型和生物成因型,此外還有上述兩種類型的混合成因型。1.2.1 生物成因氣藏 目前發(fā)現(xiàn)的生物成因型頁巖氣藏分兩類: ①早成型,氣藏的平面形態(tài)為毯狀,從頁巖沉積形成初期就開始生氣,頁巖氣與伴生地層水的絕對年齡較大,可達(dá)66 Ma ②晚成型,氣藏的平面形態(tài)為環(huán)狀(圖1) ,頁巖沉積形成與開始生氣間隔時間很長,主要表現(xiàn)為后期構(gòu)造抬升埋藏變淺后開始?xì)?頁巖氣與伴生地層水的絕對年齡接近現(xiàn)今。,1頁巖氣藏的特征

3、和類型,圖1　生物成因型頁巖氣藏分布示意圖,1.2.1 生物成因氣藏,1頁巖氣藏的特征和類型,1.2.2 熱成因氣藏　熱成因型頁巖氣又可分為3個亞類:①高熱成熟度型②低熱成熟度型③混合巖性型,即大套頁巖與砂巖和粉砂巖夾層共同儲氣,1頁巖氣藏的特征和類型,1.2.2 熱成因氣藏　 頁巖熱成因氣的形成有干酪根成氣、原油裂解成氣和瀝青裂解成氣3 種途徑: ①干酪根成氣是由沉積有機質(zhì)直接熱解形成天然氣。②原油裂解成氣是有

4、機質(zhì)在液態(tài)烴演化階段形成的、滯留在烴源巖中的液態(tài)烴,經(jīng)深埋藏后的高溫、高壓作用,進一步裂解成氣。③瀝青裂解成氣的物質(zhì)基礎(chǔ)來源于的兩個方面:一是源巖中干酪根在各演化階段生烴過程中形成的,另一方面是由原油裂解成氣或遭破壞形成的 。,2 頁巖氣藏的成藏條件,2.1 烴源巖條件 頁巖氣的干酪根類型以II型為主，有機組分以富氫顯微組分富集，總體來看，以腐泥型-混合型為主。(表1) 表1 　美國含氣

5、頁巖主要特征,2 頁巖氣藏的成藏條件,2.1 烴源巖條件 有機碳含量是頁巖氣聚集成藏最重要的控制因素之一，有機碳含量和氣體含量(包括總氣體含量和吸附氣含量) 有很好的正相關(guān)關(guān)系(圖2).美國主力產(chǎn)氣頁巖有機質(zhì)豐度均較高。其中產(chǎn)生物氣頁巖TOC 平均為6 %;產(chǎn)熱成因氣頁巖TOC平均為3 %。生產(chǎn)實踐表明:頁巖總有機碳含量大于2 %才有工業(yè)價值.(表1),2 頁巖氣藏的成藏條件,2.1 烴源巖條件 熱成熟度

6、也是一個重要的控制因素，一般頁巖氣的生成貫穿于整個有機質(zhì)生烴的過程，R0一般為0.4-2，生烴范圍廣。根據(jù)頁巖成熟度可將頁巖氣藏分為對應(yīng)的3 種類型:高成熟度頁巖氣藏、低成熟度頁巖氣藏以及高低成熟度混合頁巖氣藏。　低成熟度頁巖氣藏主要是生物成因,基本上為埋藏后抬升,經(jīng)歷淡水淋濾而形成的二次生氣。高成熟度的頁巖氣藏是熱成因。對于熱成因型氣藏,隨著頁巖Ro 的增高,含氣量將會逐漸增大。（圖3）,2 頁巖氣藏的成藏條件,圖3　頁巖成熟度和產(chǎn)氣

7、速度之間關(guān)系,圖2　有機碳含量與氣體含量的關(guān)系,2.1 烴源巖條件,2 頁巖氣藏的成藏條件,2.1 烴源巖條件 對于熱成因型氣藏,隨著頁巖Ro 的增高,含氣量將會逐漸增大。（圖3）主要有兩個原因:一是有機質(zhì)生成烴后,體積縮小會產(chǎn)生超微孔隙,有利于頁巖氣的保存;二是Ro>1.1 %后,頁巖油開始裂解生氣。但是當(dāng)Ro>3 %后,有機質(zhì)進入過成熟期,生氣量明顯減少而且有機質(zhì)的大量減少也不利于吸附氣的形成。而對于生物成

8、因型氣藏,頁巖Ro 越高, TOC 越低,越不利于生物氣的形成。生物成因型頁巖氣藏主要分布在Ro ≤0.8 %的范圍內(nèi)。(表1),2 頁巖氣藏的成藏條件,2.2 儲蓋層條件 頁巖儲層的孔隙度，滲透率以及裂縫的存在直接影響圈閉中含油氣量的多少。孔隙度大小直接控制著游離態(tài)天然氣的含量。滲透率是判斷頁巖氣藏是否具有開發(fā)經(jīng)濟價值的重要參數(shù)，頁巖的基質(zhì)滲透率很低,一般小于0.11×10 -3 μm2 ,平均道半徑不到0.1

9、005μm,但隨裂縫的發(fā)育而大幅度提高。,2 頁巖氣藏的成藏條件,2.2 儲蓋層條件 實際上,裂縫對頁巖氣藏具有雙重作用:一方面裂縫為天然氣和地層水提供了運移通道和聚集空間,有助于頁巖總含氣量的增加。另一方面,如果裂縫規(guī)模過大,可能導(dǎo)致天然氣散失 。硅質(zhì)含量越高頁巖脆性越大,越有利于形成裂縫。雖然斷層和開啟的宏觀裂縫對熱成因型頁巖氣藏保存不利,但硅質(zhì)含量高利于后期的壓裂改造,形成裂縫。而生物成因型頁巖氣藏則相反,越是斷裂

10、發(fā)育的地方,地層水越活躍,而甲烷菌的生理活動也越積極,形成的氣量越大 。,2 頁巖氣藏的成藏條件,2.2 儲蓋層條件 頁巖本身既是儲層又是蓋層,因此對蓋層的要求比較寬松。但斷裂對頁巖氣的保存影響巨大。熱成因型頁巖氣藏主要靠微裂縫運聚,斷層和宏觀裂縫起破壞作用,因此強烈的構(gòu)造活動不利于該類型氣藏的保存。而生物成因型氣藏的形成與活躍的淡水交換密切相關(guān),裂縫不僅是地層水的通道,也是頁巖氣的運聚途徑,故構(gòu)造運動反而起積極作用。,

11、2 頁巖氣藏的成藏條件,2.3 成藏機理 頁巖氣的成藏至少分為兩個階段: 第一階段是天然氣的生成與吸附, 具有與煤層氣相同的富集成藏機理; 第二階段則是天然氣的造隙及排出, 由于天然氣的生成來自于化學(xué)能的轉(zhuǎn)化, 可以形成高于地層壓力的排氣壓力, 從而導(dǎo)致沿巖石的薄弱面產(chǎn)生小規(guī)模的裂縫, 天然氣就近在裂縫中保存。在該階段中, 天然氣主體上受生氣膨脹力的推動而成藏, 近源分布且不受浮力作用, 反映了活塞式的運聚特征, 與根緣

12、氣具有相同的形成機理。 （圖4）,2 頁巖氣藏的成藏條件,2.3 成藏機理,圖4 天然氣成藏過程示意圖,3 頁巖氣藏的評價指標(biāo),頁巖氣藏為典型自生自儲式的連續(xù)型氣藏,對頁巖氣藏富集程度的評價指標(biāo)主要包括頁巖厚度、有機質(zhì)含量和頁巖儲層空間(孔隙、裂縫) 3 大因素。,3 頁巖氣藏的評價指標(biāo),3.1 頁巖的厚度 富有機質(zhì)頁巖厚度愈大,氣藏富集程度愈高。頁巖厚度和分布面積是保證頁巖氣藏有足夠的有機質(zhì)及充足的儲集空間的重要

13、條件。在有效厚度大于15 m、有機碳含量大于2 %以及處于生氣窗演化階段等頁巖氣藏形成基本條件的限定下,頁巖厚度愈大,所含有機質(zhì)就愈多,天然氣生成量與滯留量也就愈大,頁巖氣藏的含氣豐度愈高(圖5)。需要指出的是,要形成一定規(guī)模的頁巖氣藏, 頁巖厚度一般應(yīng)在有效排烴厚度以上。,3 頁巖氣藏的評價指標(biāo),3.1 頁巖的厚度,圖5　頁巖厚度、有機碳含量與含氣量關(guān)系曲線圖,3 頁巖氣藏的評價指標(biāo),3.2 有機碳豐度

14、 有機碳含量愈高,氣藏富集程度愈高，頁巖氣藏的有機碳含量最低標(biāo)準(zhǔn)原則上應(yīng)大于2.0 % 。有機碳含量既是頁巖生氣的物質(zhì)基礎(chǔ),決定頁巖的生烴強度,也是頁巖吸附氣的載體之一,決定頁巖的吸附氣大小,還是頁巖孔隙空間增加的重要因素之一,決定頁巖新增游離氣的能力。在相同的地質(zhì)條件及演化階段下,頁巖生烴強度、吸附氣量大小及新增游離氣能力與頁巖中有機碳含量呈明顯的線性正相關(guān)性。頁巖有機質(zhì)類型越好,甲烷的吸附量越大。但與此同時,圖5、圖6中也存在一

15、些異?，F(xiàn)象,說明頁巖含氣量大小不僅僅受有機碳含量的影響,還可能受其他多種因素的影響,如黏土成分及含量、有機質(zhì)熱成熟度、頁巖含水量等。對此,尚需作進一步的深入研究。,3 頁巖氣藏的評價指標(biāo),3.2 有機碳豐度,圖6　頁巖有機碳含量與含氣量關(guān)系曲線圖,3 頁巖氣藏的評價指標(biāo),3.3 微裂縫的發(fā)育程度 頁巖孔隙與微裂縫愈發(fā)育,氣藏富集程度愈高。如前所述,頁巖儲層的孔隙度和滲透率極低,非均質(zhì)性極強,頁巖氣藏中的游離氣主要儲集在

16、頁巖基質(zhì)孔隙和裂縫等空間中。由于頁巖中礦物組成、富有機質(zhì)等獨特因素的存在,頁巖除基質(zhì)孔隙外,天然裂縫的發(fā)育、有機質(zhì)經(jīng)生烴演化后的消耗而增加的大量孔隙空間以及頁巖層中的粉、細(xì)砂巖夾層等,均可極大地增加頁巖的實際儲集空間,從而提高頁巖的儲氣能力。,4 我國頁巖氣藏的勘探開發(fā)前景,我國自2004年起，開始了對頁巖氣藏的研究。通過對我國大部分地區(qū)的研究發(fā)現(xiàn)，我國華北- 東北地區(qū)的松遼盆地青一段和嫩一段頁巖厚度較薄, 成熟度較低, 具有一定的生物

17、成因頁巖氣勘探潛力; 渤海灣盆地沙一段頁巖由于機質(zhì)豐度較高、成熟度較低, 具有一定的生物成因頁巖氣勘探潛力;相比上述2個盆地的頁巖而言, 鄂爾多斯盆地及其周緣地區(qū)是華北?東北地區(qū)最好的頁巖氣勘探領(lǐng)域。南方、西北和青藏地區(qū)均發(fā)育有多套有機質(zhì)豐度高、熱演化程度高、厚度大、分布廣的頁巖, 并且這3個區(qū)域均經(jīng)歷復(fù)雜的構(gòu)造運動, 后期抬升作用強烈, 許多地區(qū)頁巖埋藏較淺, 具有較好的頁巖氣成藏的地質(zhì)條件。,5 結(jié)論,1) 頁巖氣藏大面積連續(xù)分布,

18、不受構(gòu)造控制,可分為熱成因型、生物成因型和混合型3 種,是現(xiàn)實的非常規(guī)天然氣資源。2) 頁巖氣藏為自生自儲型氣藏，與常規(guī)氣藏成藏條件不同。生烴條件、儲集條件、保存條件相互影響，息息相關(guān)。3）有機碳含量和熱成熟度是評價頁巖氣藏的重要指標(biāo)，一般來說有機碳含量高，有機質(zhì)成熟度越高，頁巖氣藏含氣性越好，但這兩個參數(shù)不是唯一指標(biāo)，運用這些參數(shù)時，要考慮頁巖氣藏類型。,5 結(jié)論,4）頁巖氣藏儲層致密，孔隙度和滲透率極低。儲集性能受礦物成分、裂縫